[工学]光纤通信刘增基版第七章1.ppt

7.1 光放大器 7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA 7.1.1 光放大器概述 7.1.1 光放大器概述 7.1.1 光放大器概述 光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。 光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－电－光(O-E-O)变换方式。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在WDM系统中复杂性和成本倍增。 可实现3R中继。 3R regenerator：Reamplifier、Reshaping、Retiming。 光放大器（O-O） 多波长同时放大、低成本，只能实现1R中继。 光放大器的原理 光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。 在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。 光放大器是基于受激辐射（或受激散射）原理实现对入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器。 光放大器的类型 利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA） 利用半导体制作的半导体光放大器（SOA） 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA、FBA） 几种光放大器的比较 光放大器的应用 研究新热点 展宽带宽：C-band 40nm, L-band 再加40nm； 均衡功能：针对点对点系统的增益均衡，针对全光网的功率均衡； 监控管理功能：在线放大器，全光网路由改变； 动态响应特性； 其它波段的光纤放大器，如Raman放大器。 光纤的波段 当前使用的单模石英光纤，如G.652C，G.652D，已经基本消除氢氧根吸收峰，它们的传输带宽，可以从1260nm到1675nm，共有415nm宽度。一般把这415nm宽度划分成O、E、S、C、L、U六个波段，具体划分方法如下； 初始(O)波段 1260nm-1360nm 扩展(E)波段 1360nm-1460nm 短(S)波段 1460nm-1530nm 常规(C)波段 1530nm-1565nm 长(L)波段 1565nm-1625nm 超长(U)波段 1625nm-1675nm 当前各国光纤通信大都运用在C与L波段，而且仅使用其中的一小部分，还有大部分频率未曾使用。 7.1 光放大器 7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大，放大器的特性主要由掺杂元素决定。 工作波长为1550nm的铒(Er)掺杂光纤放大器(EDFA) 工作波长为1300nm的镨(Pr)掺杂光纤放大器(PDFA) 工作波长为1400nm的铥(Tm)掺杂光纤放大器(TDFA) 目前，EDFA最为成熟，是光纤通信系统必备器件。 掺铒光纤放大器给光纤通信领域带来的革命 为什么要用掺铒光纤放大器 EDFA的优点 EDFA的工作原理 EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。 EDFA中的Er3+能级结构 泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm 波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。 掺铒光纤放大器的基本结构 三种泵浦方式的EDFA EDFA的工作特性 光放大器的增益 光放大器的噪声 EDFA的多信道放大特性 EDFA的大功率化 一、光放大器的增益 增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： G与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。 小信号增益随泵浦功率而变的曲线 二、放大器的噪声 所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（SNR）下降，其降低程度通常用噪声指数Fn来表示，其定义为： 主要噪声源：放大的自发辐射噪声（ASE），它源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。 自发复合导致宽谱背景噪声。 三、 EDFA的多信道放大特性 EDFA的增益恢复时间?g~10ms (SOA的?g=0.1~1ns), 其增益不能响应调制信号的快速变化，四波混频效应也很小，所以在多信道放大中不引入信道间串扰(SOA则不然)，是其能够用于多信道放大的关键所在。 EDFA对信道的插入、分出或无光故障等因素引起的输入光功率的变化（较低速变化）能产生响应--瞬态特性。在系统应用中应予以控制--增益钳制。 多信道放大中存在的其它问题：